Gedanken-gesteuerte Drohne: EEG (MindWave) steuert Micro-Racing-Drohne via Arduino MKR1000

Benötigte Hardware

Projektidee

Eine Drohne allein durch Konzentration (Aufmerksamkeitslevel) steuern: Heben & Landen. Kein Joystick, keine Funkfernsteuerung – nur Gehirnwellen. Das Tutorial zeigt, wie man die Joystick-Potentiometer der Fernsteuerung überbrückt und durch analoge Spannungen vom Arduino ersetzt (Low-Pass-Filter wandeln PWM in Gleichspannung). Die EEG-Daten werden per Bluetooth an einen PC (Processing) gesendet, der die Aufmerksamkeitswerte seriell an den Arduino übermittelt.

Wichtige Hinweise

• Risiko: Die Fernsteuerung kann dauerhaft beschädigt werden. Nur mit Drohnen/Controllern experimentieren, deren Verlust verkraftbar ist.
• Spannung: Der Controller nutzt 2× AAA-Batterien (~3,3 V). Der Arduino MKR1000 liefert 3,3 V – perfekt. Ein 5-V-Arduino (UNO, Nano) würde den Controller zerstören!
• Umfang: Nur Gas (Throttle) wird gesteuert – Gier, Nick, Roll bleiben mittig. Erweiterung auf volle Steuerung ist möglich, aber komplexer.
• EEG-Alternative: Jeder Sensor (Licht, Temperatur, Taster) kann statt MindWave genutzt werden.

Phase 1: Fernsteuerung hacken (PCB-Modifikation)

1. Gehäuse öffnen, Spannung der Joystick-Mittelstellung, Min/Max mit Multimeter messen & notieren.
2. Beide Joysticks (je 2 Achsen = 4 Potentiometer) auslöten.
3. Widerstand der Potis (zwischen + und –) messen → passende Festwiderstände (hier 10 Ω) an die +/- Pads löten, um den Spannungsteiler zu schließen.
4. Drähte an + (B+), – (B–) und die vier Signal-Pads (je Achse ein Signal) löten.

Phase 2: PWM → Analogspannung (Low-Pass-Filter)

Der Arduino gibt PWM aus (Pin 2–5). Ein RC-Tiefpass (100 µF + 220 Ω) glättet das Signal zu einer proportionalen Gleichspannung (0–3,3 V). Vier Filter parallel – einer pro Steuerkanal (Throttle, Yaw, Pitch, Roll).

PWM-Pin → 220 Ω → + 100 µF → GND
                │
                └→ Signal an Controller-Pad

Die Spannung folgt dem PWM-Duty-Cycle mit leichter Verzögerung – für Gassteuerung ausreichend.

Phase 3: Arduino-Schaltung & Code

Vier PWM-Pins (2, 3, 4, 5) → vier Low-Pass-Filter → vier Signaldrähte am Controller. Shared Ground zwischen Arduino und Controller herstellen!

Arduino-Sketch (Drone Control)

int throttle=0, yaw=127, pitch=127, roll=127;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(2,OUTPUT); pinMode(3,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT);
}
void loop() {
  if (Serial.available()>0) {
    throttle = Serial.parseInt();
    yaw      = Serial.parseInt();
    pitch    = Serial.parseInt();
    roll     = Serial.parseInt();
  }
  analogWrite(2, throttle);
  analogWrite(3, yaw);
  analogWrite(4, pitch);
  analogWrite(5, roll);
}

Werte: 0–255 (8-Bit). Mitte (127) = Neutralstellung.

Phase 4: MindWave & Processing

1. MindWave-Treiber installieren (CD/Download), per Bluetooth koppeln (3 s Power-Taste → blaues Blinken).
2. Processing 3 + MindSet-Library installieren.
3. COM-Ports prüfen: Arduino (z. B. COM10), MindWave (ThinkGear Connector, z. B. COM5).
4. Processing-Sketch startet, liest attentionLevel (0–100). Ab 40 % Aufmerksamkeit → Throttle linear auf 30–255 mappen. Drückt man 'k' → Notlandung (Throttle=0, Rest=127).

Processing-Code (Ausschnitt)

receiver = new Serial(this, "COM10", 115200);
mindSet  = new MindSet(this, "COM5");
void draw() {
  throttle = int(map(attentionLevel, 40, 100, 30, 255));
  throttle = constrain(throttle, 0, 255);
  if (receiver.available()>0) {
    receiver.write("throttle:"+throttle+" yaw:127 pitch:127 roll:127");
  }
}

Fazit & Ausblick

Ein faszinierendes Proof-of-Concept: PCB-Hacking, PWM-zu-Analog-Wandlung, serielle Kommunikation, EEG-Integration. Die Methode (Joystick überbrücken + Low-Pass) lässt sich auf viele Steuergeräte übertragen. Nächste Schritte: Vollsteuerung (Yaw/Pitch/Roll), PID-Regelung für sanfteres Verhalten, eigene EEG-Features (Blinkerkennung, Meditation).